生物化学教学课件：7第三章 酶

2023/1/111第四节

酶的调节TheRegulationofEnzyme酶活性的调节：快速调节细胞对现有酶活性的调节包括酶的别构调节、酶促化学修饰、酶原激活，属于对酶促反应速率的快速调节。酶含量的调节：缓慢调节细胞可以通过改变酶蛋白合成与分解的速率来调节酶含量，进而影响酶促反应速率。2023/1/112酶的调节有两种主要方式变构酶的变构调节酶的共价修饰调节酶原的激活一、酶活性的快速调节不改变酶含量，对原有酶的结构进行调节，进而对酶的活性进行调节2023/1/113变（别）构调节(allostericregulation)一些代谢物（效应剂）与某些酶（别构酶）活性中心外的部位（别位）非共价可逆地结合，使酶构象改变（变构），从而改变酶的催化活性。变（别）构效应剂(allostericeffector)底物、中间物、产物、其它物质都可做效应剂。一种酶可有多种效应剂。效应剂是底物本身则产生同促协同效应，否则产生异促协同效应。（一）变（别）构调节别构酶的特点：具有四级结构多亚基(偶数)两个中心(活性、调节)不符合米氏方程2023/1/114变构调节指同促协同效应基础上的异促协同效应异促正协同（变构激活）和异促负协同（变构抑制）2023/1/115变（别）构酶亚基间存在协同效应协同效应同促协同效应homotropiceffect异促协同效应heterotropiceffect正协同负协同正协同负协同调节物就是底物本身调节物不是底物本身协同效应同促协同效应异促协同效应正协同负协同正协同负协同别构酶速度为Vm一半时的底物浓度的意义不完全等于非别构酶的Km值，特称为K0.5S2023/1/116不同的协同效应有不同的酶动力学曲线0.5SKS型曲线（同促正协同别构酶）表观双曲线（同促负协同别构酶）变构激活——S型曲线左移（异促正协同）变构抑制——S型曲线右移（异促负协同）S型曲线（同促正协同别构酶）0.5SKVKmVmaxVmax12[S]VKmVmaxVmax12[S]协同效应同促正协同效应正协同效应负协同效应别构效应增加其它亚基对效应剂的亲和力别构效应降低其它亚基对效应剂的亲和力VKmVmaxVmax120.5SKS型曲线（同促正协同别构酶）表观双曲线（同促负协同别构酶）VKmVmaxVmax12变构激活——S型曲线左移（异促正协同）变构抑制——S型曲线右移（异促负协同）S型曲线（同促正协同别构酶）0.5SK异促正协同效应同促负协同效应异促负协同效应别构酶速度为Vm一半时的底物浓度的意义不完全等于非别构酶的Km值，特称为K0.5S2023/1/117变构激活效应效应剂引起的协同效应使酶对底物的亲和力增加而加快反应速度，此效应则为变构激活效应。此效应剂为变构激活剂(allostericactivator)变构抑制效应效应剂引起的协同效应使酶对底物的亲和力降低而减慢反应速度，此效应则为变构抑制效应。此效应剂为变构抑制剂(allostericinhibitor)异促协同效应（变构酶的调节）2023/1/118别构酶的协同效应曲线矩形双曲线（非别构酶）表观双曲线（同促负协同别构酶）变构激活——S型曲线左移（异促正协同）变构抑制——S型曲线右移（异促负协同）S型曲线（同促正协同别构酶）0.5SKVKmVmaxVmax2别构酶速度为Vm一半时的底物浓度的意义不完全等于非别构酶的Km值，特称为K0.5S[S]该酶的动力学曲线与矩形双曲线相似,称表观双曲线。它表示随底物浓度的增高，曲线的斜率愈来愈低，速率的增加愈来愈小。即同促负协同效应使酶的反应速率对外界环境中底物浓度的变化相对地不敏感。这对体内那些和多条代谢途径有联系的酶反应来说十分重要，因为它不会受其他反应的变化而产生明显的变化。2023/1/119举例：蛋白激酶A的变构调节蛋白激酶A（R2C2）的R2与4个cAMP结合后，使R亚基对C亚基的抑制作用消失，C亚基则具有催化活性。RR有活性无活性4cAMPRRCCCC+激活2023/1/1110共价修饰(covalentmodification)在其他酶的催化下，某些酶蛋白肽链上的一些基团可与某种化学基团发生可逆的共价结合，从而改变酶活性的过程。酶共价修饰常见类型（第12章）磷酸化与脱磷酸化（最重要、最常见）乙酰化/脱乙酰、甲基化/脱甲基、腺苷化/脱腺苷-SH与-S-S-的互变。（二）酶的共价修饰2023/1/1111酶的磷酸化与脱磷酸蛋白激酶磷蛋白磷酸酶酶蛋白ThrSerTyr-OH磷蛋白ThrSerTyr-O-PATPADPPHO2磷酸化脱磷酸2023/1/1112酶有高（有）低（无）活性两种互变形式酶出现共价键变化，磷酸化消耗ATP共价修饰是酶促反应，级联放大效应共价修饰所需酶的活性受激素的调控有些酶具有别构与化学修饰双重调节酶的共价修饰的特点2023/1/1113酶作用的逐级放大瀑布效应nSnP1Enzyme一传十、十传百2023/1/1114（三）酶原激活酶原：有些酶在细胞内合成或初分泌时只是酶的无活性前体，此前体物质称为酶原。酶原的激活：无活性的酶原转变成有活性的酶的过程。2023/1/1115赖缬天天天天甘异赖缬天天天天缬组丝SSSS46183甘异缬组丝SSSS肠激酶、Ca2+胰蛋白酶活性中心胰蛋白酶原的激活过程胰蛋白酶原胰蛋白酶2023/1/1116某些酶原的激活酶原激活因素激活途径激活部位胃蛋白酶原H+或胃蛋白酶切除六肽胃腔糜蛋白酶原胰蛋白酶切除两个二肽小肠腔弹性蛋白酶原胰蛋白酶切除几个肽段小肠腔羧基肽酶原胰蛋白酶切除几个肽段小肠腔2023/1/111718胃蛋白酶的作用HCl激活☆胃蛋白酶原（分子量4万）胃蛋白酶（分子量3.3万）自身激活氨基末端42个氨基酸残基最适pH1.5~2.5蛋白质多肽氨基酸（少量）19肠激酶的作用肠激酶——作用是激活各种胰酶原。胰蛋白酶胆汁酸肠激酶羧基肽酶A羧基肽酶B弹性蛋白酶糜蛋白酶胰酶的自身激活作用不强组织保护作用避免细胞产生的酶对细胞进行自身消化，保护组织消化管内的酶特定的空间发挥作用——部位定位使酶在特定的部位和环境中发挥作用，保证体内代谢正常进行消化管内酶特定的时间发挥作用有的酶原可以视为酶的储存形式。如凝血酶在需要时酶原适时地转变成有活性的酶，发挥其催化作用酶原激活的生理意义2023/1/1120酶蛋白合成的诱导和阻遏诱导作用(induction)（见第18章基因表达调控）阻遏作用(repression)（见第18章基因表达调控）酶降解的调控酶蛋白的降解与一般蛋白质相同（见第9章氨基酸代谢）二、酶含量的调节—缓慢调节2023/1/1121（一）酶蛋白合成可被诱导或阻遏某些底物、产物、激素生长因子、药物可以在转录水平影响酶蛋白的生物合成诱导物（inducer）及诱导作用（induction）：在转录水平促进酶合成的物质称诱导物。诱导物诱发酶蛋白合成的作用称诱导。辅阻遏物（co-repressor）及阻遏作用（repression）：在转录水平能减少酶蛋白合成的物质称辅阻遏物，辅阻遏物与无活性的阻遏蛋白结合而影响转录称阻遏作用。酶蛋白合成的诱导与阻遏是缓慢与长效的调节2023/1/1122细胞内各种酶半寿期差异大鸟氨酸脱羧酶30min乳酸脱氢酶130h组织蛋白降解途径有二:溶酶体途径(非ATP依赖)：膜结合蛋白、长半寿期蛋白、胞外蛋白胞质途径(ATP依赖性泛素介导)：异常或损伤蛋白、短半寿期蛋白详见第九章(氨基酸代谢)蛋白质分解代谢（二）酶的降解与一般蛋白质相同2023/1/1123AYZOPDNAPiI阻遏蛋白mRNARNA-pol有活性mRNAlac操纵子处于阻遏状态基因不表达透酶β-半乳糖苷酶乙酰基转移酶阻遏蛋白编码基因Galactosidepermeaseβ-galactosidasePeriplasmicspacecytoplasmOHOHOHOHHHHHOHCH2GalOHOHOHOHOHHHHHOHCH2GluOHOHOHOHOHOHOHOOHHHHHHHHHHOHCH2OHCH2OLactose2023/1/1126课间休息2023/1/1127第五节

酶的分类与命名TheClassification

andNamingofEnzyme2023/1/1128一、酶根据催化的反应类型分类氧化还原酶类(oxidoreductases)转移酶类(transferases)水解酶类(hydrolases)裂（解）合酶类(lyases)异构酶类(isomerases)合成酶类(ligases,synthetases)123456催化传递电子、氢以及需氧参加反应的酶：

乳酸脱氢酶、琥珀酸脱氢酶、细胞色素氧化酶、过氧化氢酶、过氧化物酶等。催化底物之间基团转移或交换的酶

甲基转移酶、转氨酶、一线转移酶、转硫酶、激酶、多聚酶等。催化底物发生水解的酶：

蛋白酶（内肽酶、外肽酶）、核酸酶（内切酶、外切酶）、脂肪酶、脲酶、磷酸酶等。催化底物移去基团并形成双键或其逆反应的酶：

脱水酶、水化酶、脱羧酶、醛缩酶、合酶（一个底物去双键加入另外一个分子）等。催化底物分子内部基团位置互变、几何或光学异构体互变、醛酮互变的酶：

变位酶、表构酶、异构酶、消旋酶等。催化两种底物形成一种产物并耦联高能键水解和释能的酶：

DNA连接酶、氨基酰-tRNA合成酶、谷氨酰胺合成酶等。酶的分类编号四个用·分开的数字前冠以EC（酶学委员会）EC3·5·3·16大类：1、2、3、4、5、6酶隶属的亚类酶隶属的亚-亚类酶在亚-亚类序号国际系统分类法标志——酶学委员会字头2023/1/11292023/1/1130二、酶的命名编号推荐名系统命名EC1·4·1·3谷氨酸脱氢酶L-谷氨酸：NAD+氧化还原酶EC2·6·1·1天冬氨酸氨基转移酶L-天冬氨酸：α-酮戊二酸氨基转移酶EC3·5·3·1精氨酸酶L-精氨酸脒基水解酶EC4·1·2·13果糖二磷酸醛缩酶D-果糖1，6-二磷酸：D-甘油醛3-磷酸裂合酶EC5·3·1·9磷酸葡萄糖异构酶D-葡萄糖：6-磷酸酮醇异构酶EC6·3·1·2谷氨酰胺合成酶L-谷氨酸：氨连接酶从数个习惯名称中选出的简便实用的名称以酶的分类为依据，每个酶都有一个系统名称，标明酶的所有底物（用：隔开）和反应性质2023/1/1131第六节

酶与医学的关系TheRelationofEnzymeandMedicine酶与疾病的发生酶先天性缺乏与先天性代谢障碍酶活性受到抑制多见于中毒性疾病激素代谢障碍或维生素缺乏可引起酶异常。许多疾病引起酶异常，酶异常又加重病情酶与疾病的诊断酶活性测定及酶活性单位酶与疾病的治疗许多药物通过抑制生物体内的某些酶来达到治疗目的抗肿瘤药物的作用也是阻断其相应酶的活性酶直接用来治疗疾病一、酶与疾病的发生、诊断和治疗2023/1/1132（一）许多疾病与酶的质与量异常相关酶先天性缺乏与先天性代谢障碍140种先天性代谢缺陷多数由酶先天性或遗传性缺损有关。如：白化病、苯丙酮酸血症等酶活性受到抑制多见于中毒性疾病有机磷中毒、重金属中毒、氰化物中毒激素代谢障碍或维生素缺乏可引起酶异常如维生素K缺乏，凝血障碍许多疾病引起酶异常，酶异常又加重病情如胰腺炎、许多其它炎症等2023/1/1133（二）体液中酶活性改变可作为疾病诊断指标临床上许多组织器官的疾病表现为血液等体液中一些酶活性的异常。临床上常通过测定血液中某些酶的活性来协助诊断（占临床化学检验的25%）。2023/1/1134酶的活性：指酶催化化学反应的能力，其衡量的标准是酶促反应速度。酶促反应速度可在适宜的反应条件下，用单位时间内底物的消耗或产物的生成量来表示。酶的活性单位：是衡量酶活力大小的尺度，反映在规定条件下，酶促反应在单位时间（s、min或h）内生成一定量的产物或消耗一定数量（mg、μg、μmol等）的底物所需的酶量。酶活性测定和酶活性单位2023/1/1135国际单位（IU）：1976年在特定的条件下，每分钟催化1μmol底物转化为产物所需的酶量为一个国际单位。催量单位（katal）：1979年１催量（kat）是指在特定条件下，每秒钟使１mol底物转化为产物所需的酶量为一个催量单位。kat与IU的换算：1IU=16.67×10-9

kat酶的国际单位2023/1/1136许多抗菌素的抑菌机制是抑制细菌重要代谢途径中酶活性如：磺胺类药物、氯霉素等抗肿瘤药物的作用是阻断其相应酶的活性，抑制肿瘤生长如：甲氨蝶呤、5-FU、6-MP等药物（见第10章核苷酸代谢）酶直接用来治疗疾病助消化、外科清创、消炎、抗凝、促凝、防治血栓等（三）某些酶可作为药物用于疾病的治疗2023/1/1137酶作为试剂用于临床检验和科学研究酶法分析即酶偶联测定法(enzymecoupledassays)酶标记测定法（酶学结合免疫学）工具酶（分子克隆领域）酶工程（enzymeengineering）酶工程主要是研究酶的生产、纯化、固定化技术、酶分子结构的修饰和改造，以及在工农业、医药卫生、和理论研究等方面的应用。包括化学酶工程、生物酶工程二、酶可作为试剂用于临床检验和科学研究2023/1/1138酶偶联测定法是利用酶作为分析试剂，对一些酶的活性、底物浓度、激活剂、抑制剂等进行定量分析的一种方法。原理：利用一些酶（指示酶）的底物或产物可以直接简便地测定，将该酶偶联到待测的酶促反应中，将本不容易测定的反应转化为可以直接检测的系列反应。（一）酶作为偶联测定中的指示酶2023/1/1139应用举例例如：将不能直接测定的转氨（酶）反应与可直接测定的脱氢（酶）反应偶联，间接测定转氨酶的活性其中NADH的减少（代表指示酶的活性）可以直接检测，间接反应转氨酶活性。α-酮戊二酸谷氨酸天冬氨酸草酰乙酸苹果酸NADH+H+

NAD+谷草转氨酶苹果酸脱氢酶不能直接测定能够直接测定2023/1/1140己糖激酶活性的测定（测血糖）葡萄糖葡萄糖6-磷酸6-磷酸葡萄糖酸内酯己糖激酶葡萄糖6-磷酸脱氢酶ATPADPMg2+NAD+NADH+H+340nm处无吸收峰340nm处有吸收峰，可检测无法直接检测2023/1/1141（二）酶作为酶标记测定法中